咸阳师范学院《数据科学基础》2024-2025学年第一学期期末试卷.doc

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咸阳师范学院《数据科学基础》2024-2025学年第一学期期末试卷

院(系)_______ 班级_______ 学号_______ 姓名_______

题号
一
二
三
四
总分
得分

批阅人

一、单选题（本大题共30个小题，每小题1分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）
1、使用集成电路设计一个比较器，给出比较精度和响应时间等性能指标，并进行电路实现和测试。

2、对于一个具有 n 个节点的带权无向图，使用 Prim 算法生成最小生成树，其时间复杂度为：（ ）
A. O(n)
B. O(nlogn)
C. O(n^2)
D. O(ne)

3、设计一个基于单片机的水质监测系统，能够监测水的温度、酸碱度、溶解氧等参数。

4、设计一个基于微控制器的智能小车控制系统，实现小车的自动避障、循迹和速度控制等功能。

5、考虑一个物流配送系统，需要根据客户的地址和订单需求规划最优的配送路线。同时，要能够实时更新路况信息，并重新计算最优路线。在这种情况下，以下哪种数据结构和算法的组合最适合解决这个问题？（ ）
A. 迪杰斯特拉算法和邻接表
B. 弗洛伊德算法和矩阵
C. 广度优先搜索算法和链表
D. 深度优先搜索算法和栈

6、利用数字电路技术，设计一个智能路灯控制系统，根据环境光线和交通流量自动调节路灯的亮度。

7、设计一个通信系统中的信道编码模块，实现某种纠错编码算法，分析其纠错能力和编码效率。

8、利用射频技术设计一个 Zigbee 无线传感器网络节点，用于采集环境数据并进行短距离传输。

9、二叉搜索树是一种特殊的二叉树，具有特定的性质和用途。以下关于二叉搜索树的描述，错误的是：（ ）
A. 左子树上所有节点的值均小于根节点的值，右子树上所有节点的值均大于根节点的值
B. 对二叉搜索树进行中序遍历，可以得到一个有序的序列
C. 二叉搜索树的查找、插入和删除操作的平均时间复杂度都是 O(log n)
D. 二叉搜索树一定是平衡的，即左右子树的高度差不超过 1

10、在数据结构中，哈希表是一种用于快速查找的数据结构。以下关于哈希表的描述，不准确的是：（ ）
A. 哈希表通过哈希函数将关键字映射到表中的特定位置，实现快速查找
B. 哈希表的查找、插入和删除操作的平均时间复杂度都接近 O(1)
C. 哈希冲突是指不同的关键字通过哈希函数映射到了相同的位置，解决哈希冲突的方法有开放地址法和链地址法等
D. 哈希表的性能不受哈希函数的选择和表的装填因子的影响

11、设计一个数字电路中的计数器扩展方案，实现更高进制的计数功能，进行功能验证和性能测试。

12、在一个具有 n 个节点的带权有向图中，使用 Dijkstra 算法求单源最短路径，其时间复杂度为：（ ）
A. O(n)
B. O(nlogn)
C. O(n^2)
D. O(ne)

13、设计一个光纤通信系统中的光发射机和接收机，确定合适的光源和探测器，计算系统的传输距离和带宽。

14、设计一个基于ZigBee技术的无线智能家居安防系统，能够检测门窗入侵、烟雾和燃气泄漏等情况，并及时报警，说明系统组成和网络配置。

15、设计一个模拟乘法器电路，能够实现两个模拟信号的相乘运算，并且具有较高的精度和稳定性。

16、设计一个基于光电传感器的生产线产品计数与分拣系统，能够自动计数和分拣不同规格的产品。

17、设计一个高速数据存储系统，采用固态硬盘，存储容量达到1TB，读写速度不低于500MB/s，说明硬件选型和接口设计。

18、设一棵完全二叉树共有 700 个节点，则在该二叉树中有多少个叶子节点？（ ）
A. 350
B. 349
C. 351
D. 无法确定

19、设计一个数字信号处理器（DSP）应用电路，能够实现音频信号的滤波、降噪等处理功能。

20、根据通信原理，设计一个卫星导航接收机的前端电路，能够接收和解码卫星导航信号。

21、使用集成电路设计一个乘法器，给出乘法运算的速度和精度要求，并进行电路设计和优化。

22、设计一个太阳能路灯控制器节能电路，能够根据环境光照强度和交通流量自动调节路灯的亮度，实现节能。

23、考虑一个在线游戏排行榜系统，需要实时更新玩家的得分和排名，并能够快速地获取前几名玩家的信息。对于这样的需求，以下哪种数据结构和算法的结合是最恰当的？（ ）
A. 快速排序和数组，实现得分排序和排名更新
B. 归并排序和链表，处理玩家得分数据
C. 插入排序和栈，更新玩家排名
D. 堆排序和优先队列，高效维护排行榜

24、设计一个基于 FPGA 的图像压缩系统，能够对输入的图像进行有损压缩，压缩比不小于 10:1。

25、设计一个基于无线通信模块的远程抄表系统，实现对电表、水表、气表数据的远程采集。

26、设计一个通信系统中均衡器收敛速度和失调的优化方案，分析对系统性能的改善。

27、设计一个基于单片机的智能小车控制系统，能够实现小车的自动避障、循迹和远程控制功能。

28、设计一个数字移相器，能够实现0至180度的连续相移，相移精度为0.1度，给出电路结构和控制方法。

29、在一个社交网络分析程序中，需要表示用户之间的关注关系，并能够快速地找出某个用户的直接关注者和被关注者，以及计算用户之间的最短路径。以下哪种数据结构最适合用于构建这样的社交网络模型？（ ）
A. 邻接矩阵，直观表示节点之间的连接关系
B. 邻接表，节省存储空间并支持快速遍历
C. 十字链表，便于双向操作和动态修改
D. 双向链表，方便查找前后节点的关系

30、链表是另一种重要的数据结构，与数组相比具有不同的特点。以下关于链表的描述，不正确的是：（ ）
A. 链表中的元素通过指针链接在一起，存储位置可以是不连续的，插入和删除操作只需修改指针，效率较高
B. 单向链表只能从表头向表尾遍历，而双向链表可以从表头和表尾双向遍历，更加灵活
C. 链表的查找操作需要从头节点依次遍历，效率相对较低，但在不知道元素位置的情况下仍能进行插入和删除
D. 链表不需要预先分配连续的存储空间，因此不会出现存储空间浪费的情况，且其内存使用效率总是高于数组

二、综合题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）一个在线订餐平台的厨房管理系统需要记录菜品制作进度、厨师分配和出餐时间。菜品制作进度包括进度ID、菜品ID、制作阶段、完成时间，厨师分配包括分配ID、菜品ID、厨师ID，出餐时间包括出餐ID、菜品ID、时间。请设计数据结构来管理厨房数据，实现菜品制作的监控、厨师工作的合理安排、出餐时间的准确预测，并优化厨房工作流程。

2、（本题5分）一家在线医疗平台需要管理患者的病历信息、诊断结果和治疗方案。病历信息包括患者ID、基本信息、症状描述，诊断结果包括诊断ID、患者ID、诊断结论，治疗方案包括方案ID、患者ID、治疗步骤。设计数据结构来存储这些医疗数据，实现患者信息的快速查询、诊断结果的对比分析、治疗方案的跟踪，并保障数据的安全性和隐私性。

3、（本题5分）一个在线音乐平台的歌单管理系统需要记录歌单信息、歌曲列表和用户收藏情况。歌单信息包括歌单ID、歌单名称、创建者ID，歌曲列表包括歌曲ID、歌单ID，用户收藏情况包括用户ID、歌单ID。设计数据结构来管理歌单数据，实现歌单的创建、歌曲的添加和删除、用户的收藏和取消收藏，并统计热门歌单。

4、（本题5分）某在线论坛需要对帖子和回复进行管理。帖子和回复以双向链表的形式存储。请设计算法实现以下功能：（1）按照发布时间顺序输出帖子和回复；（2）将热门帖子置顶；（3）删除某个违规的帖子或回复；（4）统计每个帖子的回复数量。分析算法的时间复杂度和空间复杂度。

5、（本题5分）某在线游戏的道具管理系统需要记录道具信息、玩家拥有情况和道具交易记录。道具信息包括道具ID、道具名称、道具描述、道具价值，玩家拥有情况包括玩家ID、道具ID、数量，道具交易记录包括交易ID、买家ID、卖家ID、道具ID、交易时间、交易价格。请设计数据结构来管理道具数据，实现道具的查询、玩家道具的管理、道具交易的处理，并统计道具的流通情况。

三、简答题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）深入分析在利用栈实现表达式求值的过程中，如何处理不同的运算符优先级和括号。

2、（本题5分）解释在平衡二叉搜索树中，如何通过调整操作保持树的平衡且不影响中序遍历结果的有序性。

3、（本题5分）对于一个用链表实现的有序表，解释如何合并两个有序链表为一个新的有序链表，给出算法步骤和时间复杂度分析。

4、（本题5分）论述在深度优先搜索和广度优先搜索的应用中，如何解决迷宫问题或寻找图中的所有路径。

5、（本题5分）解释并举例说明在一个具有 n 个元素的顺序表中，如何使用排序算法解决元素的排名问题。

四、设计题（本大题共2个小题，共20分)
1、（本题10分）设计一个程序，利用数组实现冒泡排序算法，输入一组数据进行排序并展示过程和结果。

2、（本题10分）设计一个程序，使用队列实现广度优先遍历二叉树，并输出遍历结果。

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